[发明专利]一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器及其制作和测量方法

说明书

本发明提供了一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器及其制作和测量方法，一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器，它包括弹性元件，所述弹性元件的拱顶部位设置有用于采集并转换应变信号的应变片线路结构，所述应变片线路结构通过防水层结构封装粘结在弹性元件的顶部，所述弹性元件的两个拱脚部位分别设置有固定铰支座和活动铰支座。所述弹性元件的拱顶应变与材料无关，其采用镀锌铁片材料制成。为让本发明适应各种恶劣环境下的正常工作，要求传感器的弹性原件和拱顶的应变片进行保护封胶。

技术领域

本发明涉及一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器及其制作和测量方法，可用于混凝土表面应变的测量并且可以在水中进行工作，属于土木工程检测装置技术领域。

背景技术

混凝土表面的应变测量是工程或者试验中测量作业中的重要部分。在工程中，外界环境的多样变化使应变传感器处于一种恶劣的环境。

现有市面上的应变传感器无法适用于恶劣的使用环境，而且灵敏度也无法适用于现有的使用需求。因此，需要设计一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器。

发明内容

为应对这种情况，本发明研究设计一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器及其制作和测量方法。本发明对于应变片的另一个优势就是应变量程足够大。本发明把拱的支座之间的平均应变通过拱顶的应变进行表示。为让拱顶应变反应足够灵敏，所以本发明就拱式表面应变计进行优化。通过拱顶的应变和支座的反力来衡量应变传感器的优化程度。为让本发明适应各种恶劣环境下的正常工作，要求传感器的弹性原件和拱顶的应变片进行保护封胶。因此为在恶劣环境测量混凝土的应变并且有足够灵敏的传感器，一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器以及制作方法是工程和试验中急需解决的问题。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种高输出灵敏度的混凝土表面应变传感器，它包括弹性元件，所述弹性元件的拱顶部位设置有用于采集并转换应变信号的应变片线路结构，所述应变片线路结构通过防水层结构封装粘结在弹性元件的顶部，所述弹性元件的两个拱脚部位分别设置有固定铰支座和活动铰支座。

所述弹性元件的拱顶应变与材料无关，其采用镀锌铁片材料制成。

在弹性元件制备过程中，对弹性元件进行优化处理，通过理论计算和有限元仿真对不同尺寸拱形弹性元件的传感效率进行求解并绘制曲线图，再用拟合软件和主成成分分析法对弹性元件的拱高、拱跨、截面高度、截面宽度、截面开槽尺寸、拱轴线的形式以及弹性元件的材料进行分析和优化，并且是试验中的输出灵敏度达到4000με/mm。

在弹性元件制备过程中，对混凝土表面应变传感器建立模型，理论和实际对比，选择带有两个支铰的圆拱结构，并使传感器更接近两铰圆拱的力学分析模型，对弹性元件的支铰进行固定铰支座和活动铰支座处理；所述固定铰支座是在该侧的支撑座上加工铰接通孔；所述活动支座是在该侧的支撑座上加工开口槽。

所述应变片线路结构包括第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片、大绝缘薄板、小绝缘薄板、第一金属导电板和第二金属导电板；所述第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片粘贴在弹性元件的拱顶位置，并采用惠斯通全桥的连接方式；所述第一金属导电板和第二金属导电板安装在大绝缘薄板上，所述第一应变片和第三应变片通过导线连接到第一金属导电板，并在此处伸出连接后的导线；所述小绝缘薄板覆盖在第一应变片和第三应变片相接导线的薄板中间部位；所述第二应变片和第四应变片通过导线连接到第二金属导电板，并在此处伸出连接后的导线；

所述第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片的伸出导线与外部电路相连。

所述惠斯通全桥的连接方式消除温度的补偿，并且使测得零漂和满漂为±3με；并且惠斯通电桥的全桥接法使得对拱顶的应变进行至少四倍的放大。

所述防水层结构包括速干胶底层，所述应变片线路结构通过速干胶底层粘结在弹性元件上，在应变片线路结构的外层依次封装有胶布防水层、透明有机硅密封胶层、防水胶带层和软塑料层。